Enerji deposu olarak kondansatör

Öğretim programları: AP2, A-level, Tle, Sek I/II

Tam sürümü aç ↗

Amaç

Yüklü bir kondansatörün enerji depoladığını ve bir ampulü besleyebildiğini doğrulamak.

Düzenek

Seri bağlı 6 V'luk bir kaynak, bir anahtar (kapalı), 10 Ω'luk bir direnç ve 0,47 F'lık bir kondansatör (bu kapasitede bir kondansatör süperkapasitördür: iç direnci düşük hücrelerden oluşan, nominal gerilimi 6 V ve üzeri olan bir blok); kondansatöre paralel — 6 V / 0,5 W'lık bir ampul ve bir voltmetre. Deney açıldığında kondansatör yüksüzdür ve dolmaya başlar.

İşlem basamakları

1. Voltmetrenin gösterdiği değer artmayı bırakana kadar yaklaşık 20 s bekleyin ve bu değeri not edin.
2. Anahtarı açın; ampulü ve voltmetreyi izleyin.
3. Birinci adımdaki gerilimi kullanarak depolanan enerjiyi \(W = C \cdot U^2 / 2\) hesaplayın.

Beklenen sonuç

Deney açıldıktan sonra kondansatör doldukça ampulün parlaklığı artar; 15–20 s sonra kondansatör üzerindeki gerilim yaklaşık 5,2 V'ta sabitlenir — gerilimin bir kısmı 10 Ω'luk direnç üzerine düşer. Anahtar açıldıktan sonra ampul hemen sönmez, yaklaşık yarım dakika içinde yavaş yavaş kararır: onu kondansatör besler ve kondansatör üzerindeki gerilim düşer. Depolanan enerji yaklaşık 0,47 · 5,2² / 2 ≈ 6,3 J'dür.

Sorular

1. Anahtar açıkken enerji nereden gelir?
2. Kapasitesi iki kat büyük bir kondansatör kullanırsanız ampulün yanma süresi nasıl değişir?

Cevaplar

1. Yüklü kondansatörün elektrik alanından. Anahtar kapalıyken kaynak kondansatörde yaklaşık 6,3 J depoladı; anahtar açıldıktan sonra kondansatör ampul üzerinden boşalır ve bu enerji filamanda ısıya ve ışığa dönüştükçe kondansatörün gerilimi düşer.
2. Yanma süresi iki katına, yaklaşık bir dakikaya çıkar. Aynı 5,2 V'ta kondansatör iki kat enerji, yaklaşık 12,7 J depolar; ampul ise her gerilimde aynı akımı çeker, bu yüzden gerilim yarı hızla düşer; birinci adımdaki dolma da iki kat uzun sürer.